基于STM32的电压采集(电压表)系统设计（程序）

博主福利&＃xff1a;100G&＃43;电子设计学习资源包&＃xff01;

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 1.  ①电压输入范围
ADC 输入范围为&＃xff1a;VREF- ≤ VIN ≤ VREF&＃43;。由 VREF-、VREF&＃43; 、VDDA 、VSSA、这四个外部
引脚决定。
我们在设计原理图的时候一般把 VSSA 和 VREF-接地&＃xff0c;把 VREF&＃43;和 VDDA 接 3V3&＃xff0c;得到
ADC 的输入电压范围为&＃xff1a;0~3.3V。
如果我们想让输入的电压范围变宽&＃xff0c;去到可以测试负电压或者更高的正电压&＃xff0c;我们可
以在外部加一个电压调理电路&＃xff0c;把需要转换的电压抬升或者降压到 0~3.3V&＃xff0c;这样 ADC 就
可以测量了。

2.  ②输入通道
我们确定好 ADC 输入电压之后&＃xff0c;那么电压怎么输入到 ADC&＃xff1f;这里我们引入通道的概念&＃xff0c;
STM32 的 ADC 多达 18 个通道&＃xff0c;其中外部的 16 个通道就是框图中的 ADCx_IN0 、
ADCx_IN1...ADCx_IN5。这 16 个通道对应着不同的 IO 口&＃xff0c;具体是哪一个 IO 口可以从手
册查询到。其中 ADC1/2/3 还有内部通道&＃xff1a;ADC1 的通道 16 连接到了芯片内部的温度传感
器&＃xff0c;Vrefint 连接到了通道 17。ADC2 的模拟通道 16 和 17 连接到了内部的 VSS。
ADC3 的模拟通道 9、14、15、16 和 17 连接到了内部的 VSS。

外部的 16 个通道在转换的时候又分为规则通道和注入通道&＃xff0c;其中规则通道最多有 16
路&＃xff0c;注入通道最多有 4 路。那这两个通道有什么区别&＃xff1f;在什么时候使用&＃xff1f;
规则通道
规则通道&＃xff1a;顾名思意&＃xff0c;规则通道就是很规矩的意思&＃xff0c;我们平时一般使用的就是这个通
道&＃xff0c;或者应该说我们用到的都是这个通道&＃xff0c;没有什么特别要注意的可讲。

注入通道
注入&＃xff0c;可以理解为插入&＃xff0c;插队的意思&＃xff0c;是一种不安分的通道。它是一种在规则通道转
换的时候强行插入要转换的一种。如果在规则通道转换过程中&＃xff0c;有注入通道插队&＃xff0c;那么就
要先转换完注入通道&＃xff0c;等注入通道转换完成后&＃xff0c;再回到规则通道的转换流程。这点跟中断
程序很像&＃xff0c;都是不安分的主。所以&＃xff0c;注入通道只有在规则通道存在时才会出现。

3.  ③转换顺序
规则序列
规则序列寄存器有 3 个&＃xff0c;分别为 SQR3、SQR2、SQR1。SQR3 控制着规则序列中的第
一个到第六个转换&＃xff0c;对应的位为&＃xff1a;SQ1[4:0]~SQ6[4:0]&＃xff0c;第一次转换的是位 4:0 SQ1[4:0]&＃xff0c;如
果通道 16 想第一次转换&＃xff0c;那么在 SQ1[4:0]写 16 即可。SQR2 控制着规则序列中的第 7 到第
12 个转换&＃xff0c;对应的位为&＃xff1a;SQ7[4:0]~SQ12[4:0]&＃xff0c;如果通道 1 想第 8 个转换&＃xff0c;则 SQ8[4:0]写 1
即可。SQR1 控制着规则序列中的第 13 到第 16 个转换&＃xff0c;对应位为&＃xff1a;SQ13[4:0]~SQ16[4:0]&＃xff0c;
如果通道 6 想第 10 个转换&＃xff0c;则 SQ10[4:0]写 6 即可。具体使用多少个通道&＃xff0c;由 SQR1 的位
L[3:0]决定&＃xff0c;最多 16 个通道。

注入序列
注入序列寄存器 JSQR 只有一个&＃xff0c;最多支持 4 个通道&＃xff0c;具体多少个由 JSQR 的 JL[2:0]
决定。如果 JL 的  值小于 4 的话&＃xff0c;则 JSQR 跟 SQR 决定转换顺序的设置不一样&＃xff0c;第一次转
换的不是 JSQR1[4:0]&＃xff0c;而是 JCQRx[4:0] &＃xff0c;x &＃61; &＃xff08;4-JL&＃xff09;&＃xff0c;跟 SQR 刚好相反。如果 JL&＃61;00&＃xff08;1

个转换&＃xff09;&＃xff0c;那么转换的顺序是从 JSQR4[4:0]开始&＃xff0c;而不是从 JSQR1[4:0]开始&＃xff0c;这个要注意&＃xff0c;
编程的时候不要搞错。当 JL 等于 4 时&＃xff0c;跟 SQR 一样。

4.  ④触发源

通道选好了&＃xff0c;转换的顺序也设置好了&＃xff0c;那接下来就该开始转换了。ADC 转换可以由
ADC 控制寄存器 2:  ADC_CR2 的 ADON 这个位来控制&＃xff0c;写 1 的时候开始转换&＃xff0c;写 0 的时候
停止转换&＃xff0c;这个是最简单也是最好理解的开启 ADC 转换的控制方式&＃xff0c;理解起来没啥技术含
量。

除了这种庶民式的控制方法&＃xff0c;ADC 还支持触发转换&＃xff0c;这个触发包括内部定时器触发和
外部 IO 触发。触发源有很多&＃xff0c;具体选择哪一种触发源&＃xff0c;由 ADC 控制寄存器 2:ADC_CR2 的
EXTSEL[2:0] 和 JEXTSEL[2:0] 位 来控制 。 EXTSEL[2:0] 用于 选择 规则 通道 的触发源&＃xff0c;
JEXTSEL[2:0]用于选择注入通道的触发源。选定好触发源之后&＃xff0c;触发源是否要激活&＃xff0c;则由
ADC 控制寄存器 2:ADC_CR2 的 EXTTRIG 和 JEXTTRIG 这两位来激活。其中 ADC3 的规则
转换和注入转换的触发源与 ADC1/2 的有所不同&＃xff0c;在框图上已经表示出来。

5.  ⑤转换时间

ADC 时钟
ADC 输入时钟 ADC_CLK 由 PCLK2 经过分频产生&＃xff0c;最大是 14M&＃xff0c;分频因子由 RCC 时
钟配置寄存器 RCC_CFGR 的位 15:14   ADCPRE[1:0]设置&＃xff0c;可以是 2/4/6/8 分频&＃xff0c;注意这里
没有 1 分频。一般我们设置 PCLK2&＃61;HCLK&＃61;72M。

采样时间
ADC 使用若干个 ADC_CLK 周期对输入的电压进行采样&＃xff0c;采样的周期数可通过 ADC 
采样时间寄存器 ADC_SMPR1 和 ADC_SMPR2 中的 SMP[2:0]位设置&＃xff0c;ADC_SMPR2 控制
的是通道 0~9&＃xff0c;ADC_SMPR1 控制的是通道 10~17。每个通道可以分别用不同的时间采样。
其中采样周期最小是 1.5 个&＃xff0c;即如果我们要达到最快的采样&＃xff0c;那么应该设置采样周期为 1.5
个周期&＃xff0c;这里说的周期就是 1/ADC_CLK。

ADC 的转换时间跟 ADC 的输入时钟和采样时间有关&＃xff0c;公式为&＃xff1a;Tconv  &＃61;  采样时间  &＃43; 
12.5 个周期。当 ADCLK  &＃61;  14MHZ  &＃xff08;最高&＃xff09;&＃xff0c;采样时间设置为 1.5 周期&＃xff08;最快&＃xff09;&＃xff0c;那么总
的转换时间&＃xff08;最短&＃xff09;Tconv &＃61; 1.5 周期 &＃43; 12.5 周期 &＃61; 14 周期 &＃61; 1us。

一般我们设置 PCLK2&＃61;72M&＃xff0c;经过 ADC 预分频器能分频到最大的时钟只能是 12M&＃xff0c;采
样周期设置为 1.5 个周期&＃xff0c;算出最短的转换时间为 1.17us&＃xff0c;这个才是最常用的。

6.  ⑥数据寄存器

一切准备就绪后&＃xff0c;ADC 转换后的数据根据转换组的不同&＃xff0c;规则组的数据放在 ADC_DR
寄存器&＃xff0c;注入组的数据放在 JDRx。

规则数据寄存器
ADC 规则组数据寄存器 ADC_DR 只有一个&＃xff0c;是一个 32 位的寄存器&＃xff0c;低 16 位在单 ADC
时使用&＃xff0c;高 16 位是在 ADC1 中双模式下保存 ADC2 转换的规则数据&＃xff0c;双模式就是 ADC1 和
ADC2 同时使用。在单模式下&＃xff0c;ADC1/2/3 都不使用高 16 位。因为 ADC 的精度是 12 位&＃xff0c;
无论 ADC_DR 的高 16 或者低 16 位都放不满&＃xff0c;只能左对齐或者右对齐&＃xff0c;具体是以哪一种方
式存放&＃xff0c;由 ADC_CR2 的 11 位 ALIGN 设置。

规则通道可以有 16 个这么多&＃xff0c;可规则数据寄存器只有一个&＃xff0c;如果使用多通道转换&＃xff0c;那
转换的数据就全部都挤在了 DR 里面&＃xff0c;前一个时间点转换的通道数据&＃xff0c;就会被下一个时间
点的另外一个通道转换的数据覆盖掉&＃xff0c;所以当通道转换完成后就应该把数据取走&＃xff0c;或者开
启 DMA 模式&＃xff0c;把数据传输到内存里面&＃xff0c;不然就会造成数据的覆盖。最常用的做法就是开
启 DMA 传输。

注入数据寄存器
ADC 注入组最多有 4 个通道&＃xff0c;刚好注入数据寄存器也有 4 个&＃xff0c;每个通道对应着自己的
寄存器&＃xff0c;不会跟规则寄存器那样产生数据覆盖的问题。ADC_JDRx 是 32 位的&＃xff0c;低 16 位有
效&＃xff0c;高 16 位保留&＃xff0c;数据同样分为左对齐和右对齐&＃xff0c;具体是以哪一种方式存放&＃xff0c;由
ADC_CR2 的 11 位 ALIGN 设置。

7.  ⑦中断

转换结束中断
数据转换结束后&＃xff0c;可以产生中断&＃xff0c;中断分为三种&＃xff1a;规则通道转换结束中断&＃xff0c;注入转换
通道转换结束中断&＃xff0c;模拟看门狗中断。其中转换结束中断很好理解&＃xff0c;跟我们平时接触的中
断一样&＃xff0c;有相应的中断标志位和中断使能位&＃xff0c;我们还可以根据中断类型写相应配套的中断
服务程序。

模拟看门狗中断
当被 ADC 转换的模拟电压低于低阈值或者高于高阈值时&＃xff0c;就会产生中断&＃xff0c;前提是我
们开启了模拟看门狗中断&＃xff0c;其中低阈值和高阈值由 ADC_LTR 和 ADC_HTR 设置。例如我

们设置高阈值是 2.5V&＃xff0c;那么模拟电压超过 2.5V 的时候&＃xff0c;就会产生模拟看门狗中断&＃xff0c;反之
低阈值也一样。

DMA 请求
规则和注入通道转换结束后&＃xff0c;除了产生中断外&＃xff0c;还可以产生 DMA 请求&＃xff0c;把转换好的
数据直接存储在内存里面。要注意的是只有 ADC1 和 ADC3 可以产生 DMA 请求。有关
DMA 请求需要配合《STM32F10X-中文参考手册》DMA 控制器这一章节来学习。一般我
们在使用 ADC 的时候都会开启 DMA 传输。

8.  ⑧电压转换

模拟电压经过 ADC 转换后&＃xff0c;是一个 12 位的数字值&＃xff0c;如果通过串口以 16 进制打印出来
的话&＃xff0c;可读性比较差&＃xff0c;那么有时候我们就需要把数字电压转换成模拟电压&＃xff0c;也可以跟实际
的模拟电压&＃xff08;用万用表测&＃xff09;对比&＃xff0c;看看转换是否准确。

我们一般在设计原理图的时候会把 ADC 的输入电压范围设定在&＃xff1a;0~3.3v&＃xff0c;因为 ADC
是 12 位的&＃xff0c;那么 12 位满量程对应的就是 3.3V&＃xff0c;12 位满量程对应的数字值是&＃xff1a;2^12。数值
0 对应的就是 0V。如果转换后的数值为  X &＃xff0c;X 对应的模拟电压为 Y&＃xff0c;那么会有这么一个等
式成立&＃xff1a;  2^12 / 3.3 &＃61; X / Y&＃xff0c;&＃61;> Y &＃61; (3.3 * X ) / 2^12。

31.4  独立模式单通道采集实验

#include "bsp_adc.h"static void ADCx_GPIO_Config(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;// 打开 ADC IO端口时钟ADC_GPIO_APBxClock_FUN ( ADC_GPIO_CLK, ENABLE );// 配置 ADC IO 引脚模式// 必须为模拟输入GPIO_InitStructure.GPIO_Pin &＃61; ADC_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode &＃61; GPIO_Mode_AIN;// 初始化 ADC IOGPIO_Init(ADC_PORT, &GPIO_InitStructure);}static void ADCx_Mode_Config(void){ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;ADC_APBxClock_FUN ( ADC_CLK, ENABLE );ADC_InitStruct.ADC_Mode &＃61; ADC_Mode_Independent;ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode &＃61; DISABLE;ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode &＃61; ENABLE;ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv &＃61; ADC_ExternalTrigConv_None;ADC_InitStruct.ADC_DataAlign &＃61; ADC_DataAlign_Right;ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel &＃61; 1;ADC_Init(ADC_x, &ADC_InitStruct);RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);ADC_RegularChannelConfig(ADC_x, ADC_CHANNEL, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);ADC_ITConfig(ADC_x, ADC_IT_EOC, ENABLE);ADC_Cmd(ADC_x, ENABLE);// ADC开始校准ADC_StartCalibration(ADC_x);// 等待校准完成while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC_x));ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_x, ENABLE);}static void ADC_NVIC_Config(void){NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;// 优先级分组NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);// 配置中断优先级NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel &＃61; ADC_IRQ;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority &＃61; 1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority &＃61; 1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd &＃61; ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);}void ADCx_Init(void){ADC_NVIC_Config();ADCx_GPIO_Config();ADCx_Mode_Config();}

 
/********************************************************************************* &＃64;file main.c* &＃64;author fire* &＃64;version V1.0* &＃64;date 2013-xx-xx* &＃64;brief 串口中断接收测试******************************************************************************* &＃64;attention** 实验平台:秉火 F103-霸道 STM32 开发板* 论坛 :http://www.firebbs.cn* 淘宝 :http://firestm32.taobao.com********************************************************************************/#include "stm32f10x.h"#include "bsp_usart.h"#include "bsp_adc.h"extern __IO uint16_t ADC_ConvertedValue;// 局部变量&＃xff0c;用于保存转换计算后的电压值float ADC_ConvertedValueLocal;// 软件延时void Delay(__IO uint32_t nCount){for(; nCount !&＃61; 0; nCount--);}/*** &＃64;brief 主函数* &＃64;param 无* &＃64;retval 无*/int main(void){/*初始化USART 配置模式为 115200 8-N-1&＃xff0c;中断接收*/USART_Config();printf("欢迎使用秉火STM32开发板\n\n\n\n");ADCx_Init();while(1){ADC_ConvertedValueLocal &＃61;(float) ADC_ConvertedValue/4096*3.3;printf("\r\n The current AD value &＃61; 0x%04X \r\n",ADC_ConvertedValue);printf("\r\n The current AD value &＃61; %f V \r\n",ADC_ConvertedValueLocal);printf("\r\n\r\n");Delay(0xffffee);}}// 作业// 1-把程序改成 ADC1/3// 2-换成其他的通道试一试

 void ADC_IRQHandler(void){if( ADC_GetITStatus(ADC_x, ADC_IT_EOC) &＃61;&＃61; SET){ADC_ConvertedValue &＃61; ADC_GetConversionValue(ADC_x);}ADC_ClearITPendingBit(ADC_x, ADC_IT_EOC);}